课程设计课程名称模拟电子技术基础课程设计题目名称波形发生电路学生学院物理与光电工程学院专业班级 12级电子科学与技术学号3112008399学生姓名 big stupie brother 指导教师 miss zhu2013-12-7目录1．摘要和关键词2．设计任务与技术指标3.电路设计及其原理1）方案比较2）单元电路设计①RC桥式正弦振荡电路②射极跟随器电路③方波产生电路④三角波产生电路3）元件选择4）电路工作原理总结4.电路调试与结果5.设计不足和存在问题6.实验总结7.参考文献8.附录1．摘要和关键词【摘要】：用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，正弦波频率可通过调节电阻R及电容C实现100HZ—20KHZ的变换，再通过电压跟随器输出正弦波，电压跟随器起到保护前级不受后级影响。

正弦波通过过零比较器，整形为方波，同样经过电压跟随器输出方波。

方波通过积分运算电路，整形为三角波，同样经过电压跟随器输出三角波，方波、三角波的频率与正弦波频率相同。

【关键词】：RC桥式振荡电压跟随器过零比较器积分运算电路2.设计任务与技术指标要求：设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成的能产生正弦波、方波和三角波波形发生器。

基本指标：1、输出的各种波形基本不失真；2、频率范围为50HZ～20KHZ，连续可调；3、方波和正弦波的电压峰峰值VPP>10V，三角波的VPP>20V。

3.电路设计及其原理1）方案比较方案一先通过压控方波振荡电路产生方波信号，方波信号经过积分运算电路整形为三角波，三角波通过低通滤波器整形为正弦波。

方案二用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，正弦波频率可通过调节电阻R 及电容C实现100HZ—20KHZ的变换，再通过电压跟随器输出正弦波。

正弦波通过过零比较器，整形为方波，同样经过电压跟随器输出方波。

方波通过积分运算电路，整形为三角波。

方案二同方案一比较，有较为明显的优势，首先，由于是采用滤波方式产生正弦波，高低频特性较差，可实现的波形频率范围较窄。

方案二采用RC桥式正弦振荡电路产生正弦波，频率范围较宽，用过零比较器整形为方波，更容易实现幅度的调节。

由于方案二的优势，本设计采用方案二。

方案二原理框图如下图2 正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图RC 正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上。

先通过RC 正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。

此电路具有良好的正弦波和方波信号，经过积分器电路产生三角波信号。

2） 单元电路设计RC 桥式正弦振荡电路RC 桥式正弦波振荡电路，也称文氏桥振荡电路。

它可由以下四个部分组成： （1） 放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。

（2） 选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。

（3） 正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反馈信号。

（4） 稳幅环节：也就是非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。

说明： 本设计中选频网络与正反馈网络“合二为一”。

+ - +-反馈电路正弦波波形RC桥式正弦波振荡电路原理：上图是一个RC串并联的桥式振荡电路。

正弦波振荡的平衡条件为AF=1，因为当f=f0时，F=1/3,所以，A=3,因此只要为RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数等于3的放大电路就可以构成正弦波振荡电路。

同时，考虑到起振条件，所以放大电路的电压放大倍数应略大于3。

在上面的电路图中，通过调节滑动变阻器R5，R6的阻值，就可以改变输出波形的频率，从而达到了频率可调的作用。

通过以下计算，可以求出RC串并联选频网络的频率特性和错误！未找到引用源。

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(7)（7）式表明，只要RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数等于3（即输出电压与输入电压同相，且放大倍数的数值为3）的放大电路就可以构成正弦波振荡电路。

电路中的二极管起稳幅作用，即非线性环节。

射极跟随器电路用运放接成的电压跟随器电路，主要起保护上一级不受下一级电路影响的作用。

理想运放的开环差模增益为无穷大，因而电压跟随器具有比射极输出器好得多的跟随特性。

其电路图如下：电压跟随器电路经电压跟随器后RC桥式正弦振荡产生波形方波产生电路方波的产生电路主要由一个过零比较器组成，前级产生的正弦波输入过零比较器，整形为相同频率的方波。

原理：下图是一个过零比较器，则阈值电压UT=0V，集成运放工作在开环状态，当输入电压UI<0V时，Uo=+UOM;当输入电压UI>0V时，Uo=-UOM。

用稳压管接到反馈电路中的作用是限制输出同时让电路能够正常工作。

因此，当输入为方波时，输出电压波形就是三角波。

输出方波波形过零比较器三角波产生电路将前级产生的方波进行积分运算，即可得到相等频率的三角波。

原理：由积分运算电路的积分公式u o=-1/RC∫t1t2u I dt+u o(t1)，u I为常量时，可以看出,当输入为方波时，输出电压波形就是三角波。

积分运算电路输出波形3）元器件选择以及参数说明1、运算放大器选用LM358具有双运放的运算放大器做RC桥式振荡电路、电压比较器和积分电路的运算放大器，其它2个741可以接成两个电压跟随器，做为三个波形输出的后级保护电路，同轴双层电位器要求精确，即两个电位器阻值尽可能相等，这样输出波形才不会失真。

2、正弦波-方波部分R4、R5、R6、R7 和C1、C2 元件组成具有延迟作用的反馈网络，对输出波形的频率有直接影响。

经过计算，我在实际电路的设计过程中选择了100nf的定值电容和50k的可变电阻和51欧姆的定值电阻，实际运行时也却是实现了频率在50Hz到20KHz连续可变的效果。

电阻R3的作用是调节输出波形的幅度，经过计算，我们选取了阻值为20k 的电位器。

3、方波-三角波部分该部分电路元器件选择的关键是组成低通滤波器的电容大小，根据有源低通滤波电路原理及其截至频率计算式，最终选取了400nf的电容。

并联电阻用来降低通带放大倍数，通过运行，多次修改，最后选择了阻值为50k 。

表1波形发生器元件清单4）电路工作原理总结用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，RC桥式正弦振荡电路由放大电路、选频网络及正反馈网络、稳幅环节组成，正弦波频率可通过调节选频网络的电阻R 及电容C实现100HZ—20KHZ的变换，产生的正弦波再通过电压跟随器输出正弦波，电压跟随器起到保护前级不受后级影响。

正弦波通过过零比较器，整形为方波，同样经过电压跟随器输出方波。

方波通过积分运算电路，整形为三角波，同样经过电压跟随器输出三角波，方波、三角波的频率与正弦波频率相同。

4.电路调试与结果1）仿真电路图及参数选择①仿真电路图，见图（1）②参数的选择：首先，根据所需原器件的功能，粗略确定下元器件的参数选择范围，然后，通过一个一个的接到电路中，进行仿真，观察波形，直到输出波形与理论波形一致为止。

2）仿真结果及分析各波形的关系：方波是由正弦波通过比较器输出的，三角波是由方波的积分得到的。

3）电路调试过程与结果波形频率：通过精确电位器R5、R6使得三种波形频率连续可调。

因此频率100、1000、10000Hz都正确无误。

通过实际电路测试，波形在66-19000Hz频率范围内不失真。

波形峰峰值：理论设计数据正弦波峰峰值：实测正弦波峰峰值：理论设计数据方波峰峰值实测方波峰峰值理论设计数据三角波峰峰值：实测三角波峰峰值：调节直流电压源，使其输出正负15伏直流电压，调整好示波器。

给电路供电，观察示波器，别记录各频段对应波形的情况，峰峰值。

调试结果表明，该电路在要求频率范围内的大部分频率范围基本上不失真，除了在最高频及最低频有少许失真，其中，当频率接近10KHZ时，方波高低电压跃变时出现毛刺，这是过零比较器的频率特性所致，过选用频率宽度更宽的过零比较起进行校正。

另外，在最高频和最低频段，三角波出现少许的弯斜，这是由积分电容所表示的容性及阻性所导致。

可选用频率特性更为宽的电容进行校正。

4）误差分析a.电阻的误差为5%，这是造成误差主要原因。

b.仿真所加电压为正负15V,实测时芯片所加电压为正负16V。

c.示波器读数时的误差。

d.调试时间过长电路温度升高，使得一些元件的电阻发生变化；e、对电位器进行调节时，由于是手动控制，难以准确的到达所需的阻值；f、实验所给元器件数目有限，精确也有一定限度。

5）收获与体会1、在进行调频率时，会有输出波形失真的情况的发生，可以通过减小输入端的反馈电阻得以实现。

2、纸上的设计不能完全代替操作，必须要在软件上运行仿真观察输出结果。

当发现输出的波形与理论波形不一致时，要重新分析电路图，查找原因，并分析原因。

对于电路中得每一个电阻的阻值的确定，要根据它的作用适当的进行调节。

3、再简单的电路，在进行仿真时，也会出现错误，要耐心分析，不能一略而过，如果这样的话，极易导致后面的波形输出不正确。

5.设计的优点、不足、存在问题和修改（1）设计之初，利用C1、C2进行调频，调频范围很小。

改进后，利用同轴电位器同时改变R4、R5来调节输出波形的频率，频率能够很大程度上连续可调，但是可调频率范围是60Hz ~19KHz，没有达到设计要求的20Hz ~20KHz频率范围。

优点：①设计作品输出波形基本不失真②波形频率在60-19000Hz的范围内连续可调。

③波形峰峰值皆大于20V。

符合了设计要求的全部指标。

④焊接板排版缜密，焊接没有跳线。

（2）正弦波的失真率基本可以控制在5%之内，但是没有达到实验设计要求的小于1.5%。

三角波失真严重，高频区，正弦波和方波基本不失真，而三角波底部失真严重。

缺点：①方波在频率为20000Hz时峰峰值转换时差为5-6us。

导致方波出现了失真。

②电路的电源输入由于没有保护电路。

在调试时正负电源接反而把芯片烧了。

（3）针对2个缺点的改进方案：缺点1：把方波产生电路的运算放大换成超高转速的集成运算放大器。

例如：LM318H缺点2：在电源接入端加上二极管保护电路（右图），这样即可以保证正负电源接反时不导通，又可以在把直流电源电错接成交流电时起整流桥的作用。